JP2011188286A - 無線通信システム及びノード - Google Patents

Abstract

【課題】 ジャミング環境下でもノード間の無線通信を行う。
【解決手段】本発明は、第１のネットワークに属する第１のノードと、第２のネットワークに属し、第１のノードの周辺に配置された１又は複数の第２のノードとを備える無線通信システムに関する。そして、それぞれの第２のノードは、第１のノードを宛先とするパケットを収集する手段と、収集した収集パケットの一部又は全部のデータを、第２のネットワークを経由して、第１のノードに転送する手段とを有することを特徴とする。また、第１のノードは、当該ノードを宛先するパケットを、第２のネットワークを経由して受信する手段を有するとこを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は無線通信システム及びノードに関し、例えば、ジャミングのような通信環境が悪い状況においてもロバストに通信できるようにするための通信システムに適用し得る。

従来、無線通信システムにおいて、ジャミング環境ではジャミング電波により、ビットエラー率の上昇や、コリジョン回避アルゴリズム（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｕｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：ＣＳＭＡ／ＣＡ）による送信の抑制によって、受信におけるスループットが低下する場合がある。

このようなジャミング電波に対して、従来は、スマートグリッドのような地理的に情報リソースが分散するような通信ネットワークシステムも検討されているが、場合によっては有線による通信が困難なケースも考えられる。

その場合には、無線通信方式が利用される可能性が高いが、上述のように故意に電波環境を悪化させる脅威があるために、アクセシビリテイ（可用性）が重視される箇所には困難でも有線系のネットワークを導入せざるを得ない。

ジャミング環境が考慮された無線通信システムとしては、従来、非特許文献１、２や、特許文献１、２の記載技術がある。

非特許文献１には、大規模な無線メッシュネットワークにおいてジャミングが発生したエリアを回避するように経路を再構築することについて記載されている。

非特許文献２には、アンテナを複数もって中央回路で合成し、最も信号対雑音比のよい信号を選択するダイバーシチ技術について記載されている。

特許文献１に記載されている、スペクトル拡散通信システムで用いられる受信装置は、ビット誤り率測定部を備え、ビット誤り率が高くなった場合に通信チャネルを変更する
特許文献２には、制御基地局と有線で繋がった複数のリモート基地局があり、あるリモート基地局で所定以上の無線信号を検知手段が検知した場合に、当該リモート基地局を分離することについて記載されている。

特開２００２−１０１００６号公報 特開２００４−２３１４２号公報

Ａｎｔｈｏｎｙ Ｗｏｏｄ、Ｊｏｈｎ Ａ．Ｓｔａｎｋｏｖｉｃ著、"Ｄｅｎｉａｌ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"、ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，３５（１０）：５４−６２，Ｏｃｔｏｂｅｒ２００２ 横山光雄著、「移動通信技術の基礎」、日刊工業新聞社、１９９４年１２月出版

しかしながら、非特許文献１、２の記載技術では、ジャミング電波の被害域にあるノードに、まさにアクセスしたい場合は問題を解決できないという問題がある。

また、特許文献１の記載技術では、利用可能な周波数帯域すべてにジャミング波を出されている場合は無効となってしまうという恐れがある。

さらに、特許文献２の記載技術では、リモート局を有線でつなぐため、地理的に十分離すのが望ましいにもかかわらず、立地等の制約条件により敷設に支障を伴うおそれがある。

そのため、ジャミング環境下でもノード間の無線通信が可能な無線通信システム及びノードが望まれている。

第１の本発明は、第１のネットワークに属して無線通信を行う第１のノードを備える無線通信システムにおいて、（１）第２のネットワークに属し、上記第１のノードの周辺に配置された、１又は複数の無線通信を行う第２のノードをさらに備え、（２）それぞれの上記第２のノードは、（２−１）上記第１のネットワークで、上記第１のノードを宛先とするパケットを収集する収集手段と、（２−２）上記収集手段が収集した収集パケットの一部又は全部のデータを、上記第２のネットワークを経由して、上記第１のノードに向けて転送する転送手段とを有し、（３）上記第１のノードは、上記第１のネットワークで、当該ノードを宛先とするパケットを、上記第２のネットワークを経由して受信する受信手段を有することを特徴とする。

第２の本発明は、第１のネットワークに属する、無線通信を行うノードにおいて、（１）当該ノードの周辺には、第２のネットワークに属する１又は複数の第２のノードが配置されており、（２）上記第１のネットワークで、当該ノードを宛先とするパケットを、上記第２のネットワークを経由して受信する受信手段を有することを特徴とする。

第３の本発明は、第１のネットワークに属する第１のノードの周辺に配置された第２のネットワークに属する、無線通信を行うノードであって、（１）上記第１のネットワークで、上記第１のノードを宛先とするパケットを収集する収集手段と、（２）上記収集手段が収集した収集パケットの一部又は全部のデータを、上記第２のネットワークを経由して、上記第１のノードに向けて転送する転送手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、ジャミング環境下でもノード間の無線通信を行うことができる。

第１の実施形態に係る無線通信システムの構成について示した説明図である。 第１の実施形態に係るＤＡＮノードの機能的構成について示したブロック図である。 第１の実施形態に係るシンクノードの機能的構成について示したブロック図である。 第１の実施形態に係る無線通信システムの動作について示した説明図である。 第２の実施形態に係るＤＡＮノードの機能的構成について示したブロック図である。 第２の実施形態に係る無線通信システムの動作について示した説明図である。 第３の実施形態に係るＤＡＮノードの機能的構成について示したブロック図である。 第３の実施形態に係る受信強度参照テーブルの内容例について示した説明図である。 第３の実施形態に係るシンクノードの機能的構成について示したブロック図である。 第３の実施形態に係る収集情報テーブルの内容例について示した説明図である。 第３の実施形態に係るシンクノード内部を流れるフレームデータの形式について示した説明図である。 第３の実施形態に係る無線通信システムの動作について示した説明図である。 第３の実施形態に係るシンクノードの動作について示したフローチャートである。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による無線通信システム及びノードの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。なお、以下においては、本発明に係る第１のノードをシンクノードに適用し、本発明に係る第２のノードをＤＡＮノードに適用した例について説明している。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、この実施形態の無線通信システム１の全体構成を示すブロック図である。

無線通信システム１は、シンクノード１０（Ｓｉｎｋ ｎｏｄｅ）を有している。

そして、無線通信システム１では、シンクノード１０の周辺にノードが配置されたセンサネットワーク（以下、「ＤＡＮ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎｔｅｎａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）」という）が構築されている。図１では、このＤＡＮに属するノードをＤＡＮノード２０（図１では、１２のＤＡＮノード２０−１〜２０−１２）と図示している。そして、各ＤＡＮノード２０はシンクノード１０の分散アンテナとして動作する。なお、無線通信システム１に配置されるＤＡＮノード２０の数は限定されないものである。

そして、シンクノード１０は、ＤＡＮよりも広い範囲に分散した無線マルチホップネットワーク（以下、「ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）」という）に属するノードであり、無線通信システム１の周辺には、ＷＡＮノード３０が配置されている。なお、配置されるＷＡＮノード３０の数は限定されないものであるが、図１では、ＷＡＮノード３０−１〜３０−８が配置されている。

また、各ＤＡＮノード２０は、ＤＡＮとＷＡＮの両方の送受信部をもつ。ここで各ＤＡＮノード２０はジャミングに備えてノード間の距離を一定以内に保ちつつも十分広い範囲に分散して配置されているものとする。

具体的には、例えば、ＤＡＮでは通信方式としてＺｉｇＢｅｅを用い、ＷＡＮでは通信方式として既存の無線ＬＡＮと同様の方式（例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１シリーズ等）を用いるようにしても良い。その場合、例えば、ＷＡＮにおいてノード間の距離が概ね１００ｍ程度である場合には、ＤＡＮのノード間の距離を５ｍ〜１０ｍ程度とするようにしても良い。

ＤＡＮ及びＷＡＮに用いられる通信方式、プロトコル等は限定されないものである（同一の通信方式やプロトコルを用いるようにしても良い）が、少なくともＤＡＮとＷＡＮとを異なるネットワーク体系とし、各ノードがＤＡＮを流れるパケットとＷＡＮを流れるパケットを区別することができるようにする必要がある。例えば、ＷＡＮとＤＡＮとで通信チャネルやネットワークＩＤ等の通信方式・通信用パラメ一夕等を変えるようにしても良い。

そして、無線通信システム１では、ＤＡＮノード２０間では主にＤＡＮを用いて通信し、ＤＡＮノード２０とシンクノード１０との間も主にＤＡＮを用いて通信するものとする。

シンクノード１０とＷＡＮノード３０とは直接通信可能としても良いし、必ずＤＡＮノード２０を介すように構成しても良いが、ここでは、シンクノード１０は、ＷＡＮノード３０からのパケット受信は、主にＤＡＮノード２０を介して行うものとする。

次に、ＤＡＮノード２０の内部構成について説明する。

図２は、ＤＡＮノード２０の機能的構成について示したブロック図である。

ＤＡＮノード２０は、例えば、無線通信を行うインタフェースと、通信処理やデータ処理を行うプロセッサとを有する無線通信装置に、図２に示す機能的構成を実現するための無線通信プログラムをインストールすることにより構築しても良い。

それぞれのＤＡＮノード２０は、ＤＡＮネットワーク管理部２１、ＤＡＮ送受信部２２、ＷＡＮ送受信部２３を有している。

ＷＡＮ送受信部２３は、ＷＡＮを用いて通信するためのインタフェースであり、例えば、ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）参照モデルのうち物理層からデータリンク層までを実装する。ただし、主に受信機能のみを利用し、送信機能については、ＡＣＫ以外は送信しないようにしても良い。

ＷＡＮ送受信部２３では特にデータリンク層に実装されるアドレスはシンクノード１０のＷＡＮ用ＭＡＣアドレスと同じ値がセットされるものとすることが望ましい。これにより、ＷＡＮノード３０には、無線通信システム１は、あたかも一つのノードとして認識させることができる。

ＤＡＮ送受信部２２は、ＤＡＮを用いて通信するためのインタフェースであり、例えば、ＯＳＩ参照モデルのうち物理層からデータリンク層までを実装する。

ＤＡＮネットワーク管理部２１は、例えば、ＯＳＩ参照モデルのうち物理層からデータリンク層までを実装する。ＤＡＮネットワーク管理部２１はＯＳＩ参照モデルのうちネットワーク層に相当する。ＤＡＮネットワーク管理部２１では主にルーティング処理が行われる。

次に、シンクノード１０の内部構成について説明する。

図３は、シンクノード１０の機能的構成について示したブロック図である。

シンクノード１０は、例えば、無線通信を行うインタフェースと、通信処理やデータ処理を行うプロセッサとを有する無線通信装置に、図３に示す機能的構成を実現するための無線通信プログラムをインストールすることにより構築しても良い。

シンクノード１０は、ＤＡＮネットワーク管理部１１、ＤＡＮ送受信部１２、ＷＡＮ送信部１３、ＷＡＮネットワーク管理部１４を有している。

ＤＡＮネットワーク管理部１１及びＤＡＮ送受信部１２は、それぞれ、ＤＡＮノード２０のもの（ＤＡＮネットワーク管理部２１、ＤＡＮ送受信部２２）とほぼ同様のものであるため、詳しい説明を省略する。

ＷＡＮ送信部１３は、シンクノード１０がＷＡＮ内にパケットを送信する場合に、直接送信するために利用される。

ＷＡＮネットワーク管理部１４はＯＳＩ参照モデルのうちネットワーク層に相当し、ＷＡＮ内のルーティング情報を管理する。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第１の実施形態の無線通信システム１の動作を説明する。

図４は、無線通信システム１の動作例について示した説明図である。

まず、ここで想定しているＷＡＮは無線ネットワークであるため、ＷＡＮに属するノードは任意のタイミング（例えば、ＯＬＳＲ（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｌｉｎｋ Ｓｔａｔｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）の定期的なＨＥＬＬＯメッセージや、ＤＳＲ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）のルートリクエストなど）で隣接ノードとパケットを交換し合い、互いの隣接関係を把握することができる。

ここで、ある時刻からジャミングノードＪが、ある出力レベルで無意味なパケットをブロードキャストするなどして、ジャミング電波の発信をし始めたものとする。また、ジャミングノードＪはジャミング電波の発信に先立ってキャリアセンスを行わないものとする。図４において、領域Ａ１は、ジャミングノードＪのジャミング電波により、各ノードが通信に影響を受ける範囲であり、領域Ａ１より内側の領域Ａ２は、より強くジャミング電波の影響を受けるものとする。ただし、ジャミングノードＪからのジャミング電波の電力は、その距離の２乗に反比例して減衰するため、領域Ａ１内に存在するノードであっても、通信先のノードとの距離や、ジャミングノードＪからの距離や位置関係によっては、通信相手から送信された信号の受信強度が、ジャミング電波の受信レベルに対して十分強くなり、通信可能な場合がある。

ここでは、ジャミングノードＪが無い状態では、ＷＡＮノード３０−１は、ＷＡＮノード３０−５を経由して、シンクノード１０にアクセスするルートが最も効率が良いが、ＷＡＮノード３０−１とＷＡＮノード３０−５との間はジャミング電波の影響により、通信できないものとする。

一方、ＷＡＮノード３０−４は、ジャミングの影響を受ける領域Ａ１の外にある。そして、ＷＡＮノード３０−４からＤＡＮノード２０−７へ発信される信号は、ジャミング電波の受信レベルよりも十分強くなり、ＷＡＮノード３０−４とＤＡＮノード２０−７とは通信可能であるものとする。また、同様に、ＤＡＮノード２０−７とＤＡＮノード２０−８との間の通信、及び、ＤＡＮノード２０−８とシンクノード１０との間の通信も可能であるものとする。

すなわち、ＷＡＮノード３０−１は、ジャミング環境下で、ＷＡＮノード３０−５を介してシンクノード１０にアクセスすることはできないが、ルーティング処理等によりこの迂回経路を発見し、ＷＡＮノード３０−４を経由すればシンクノード１０にアクセスできることになる。

よって、図４に示すように、まず、ＷＡＮノード３０−１はキャリアセンスを行うが、ジャミングノードＪの電波はＷＡＮノード３０−１には届かないため、ＷＡＮノード３０−１はシンクノード１０にパケットを送るためシンクノード１０に最も近いＷＡＮノード３０−５にパケットを送る。しかし、ＷＡＮノード３０−５では、上述の通りジャミング電波の影響で、ＷＡＮノード３０−１からの信号を受信できないものとする（Ｓ１０１）。

そして、ＷＡＮノード３０−１は、ＷＡＮノード３０−５からのＡｃｋが帰ってこないことによって、送信失敗と判断する。そこで、ＷＡＮノード３０−１はルーティングプロトコルに従って次点でシンクノード１０に近いＷＡＮノード３０−２にパケットを送信する（Ｓ１０２）。このとき、ＷＡＮノード３０−２は、ジャミング電波の影響を受ける領域Ａ１の外にあるため、ＷＡＮノード３０−１からのパケットの受信に成功する。

そして、ＷＡＮノード３０−２は同様にしてＷＡＮノード３０−３に転送し（Ｓ１０３）、ＷＡＮノード３０−３は同様にＷＡＮノード３０−４に転送する（Ｓ１０４）。

この迂回動作は、例えばＤＳＲ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｏｕｒｃｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）方式等を利用することにより実現できる。また、例えば、参考文献１（特開２００９−２００７６８号公報）に記載の通信経路設定方法を利用することによってロバスト性をさらに向上できる。参考文献１の記載技術を適用すれば、通常経路管理情報のやりとりは１ホップネイバのノードで行うところを、２ホップネイバのノードも対象にすることにより従来の方式では発見できなかった迂回経路を利用できるようになる。

そして、ＷＡＮノード３０−３からパケットを受信したＷＡＮノード３０−４はキャリアセンスの後、シンクノード１０へのパケット送信を試みる。この場合、ＤＡＮノード２０−７はジャミング電波も受信しているため、ＷＡＮノード３０−４からの信号と衝突する。しかし、ＤＡＮノード２０−７におけるＷＡＮノード３０−４の信号の受信レベルがジャミング電波の受信レベルよりも十分強く、ＷＡＮノード３０−４からのパケットの受信に成功したものとする（Ｓ１０５）。

次に、ＤＡＮノード２０−７はＷＡＮ送受信部２３により当該パケットを受信した後、シンクノード１０に受信パケットを転送するために、受信パケットをＤＡＮノード２０−８に転送する（Ｓ１０６）。

ＤＡＮノード２０−７はジャミングノードＪよりもＤＡＮノード２０−８に近い距離にあるため、ＤＡＮノード２０−８における、ＤＡＮノード２０−７からの信号の受信レベルが、ジャミング電波の受信レベルよりも十分強くなり、ＤＡＮノード２０−８は、ＤＡＮノード２０−７からのパケットをＤＡＮ送受信部２２より受信できたものとする。

そして、ＤＡＮノード２０−８は、同様に受信したパケットを、シンクノード１０に転送する（Ｓ１０７）。ＤＡＮノード２０−８とシンクノード１０との間もジャミングノードＪとシンクノード１０の距離よりも十分短かく、通信は成功したものとする。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。

無線通信システム１では、ＷＡＮに属するシンクノード１０の周辺に、１又は複数のＤＡＮノード２０を配置し、他のＷＡＮノード３０から送信されたシンクノード１０宛のパケットを、ＤＡＮノード２０に収集させ、シンクノード１０はＤＡＮ経由でそのパケットを受信している。これにより、無線通信システム１では、上述のようにジャミング環境下であっても、他のＷＡＮノード３０から送信されたパケットが、いずれかのＤＡＮノード２０で受信できれば良いので、シンクノード１０におけるパケットの受信成功率を上げることができる。

また、無線通信システム１では、ＤＡＮノード２０として無線通信ノードを用いることにより、通信用のケーブル敷設が不要なため、容易に低コストで構築することができる。

さらに、無線通信システム１は、上述のように、ジャミング電波の発生に対する影響を少なくすることができるため、電波環境の悪化に対してよりロバストな無線通信を実現することができる。

（Ｂ）第２の実施形態
以下、本発明による無線通信システム及びノードの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。なお、以下においては、本発明に係る第１のノードをシンクノードに適用し、本発明に係る第２のノードをＤＡＮノードに適用した例について説明している。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
第１の実施形態ではメッセージ認証を行っていなかったために偽造されたパケットであっても転送してしまうが、第２の実施形態ではＷＡＮおよびＤＡＮにメッセージ認証機能を適用している。

第２の実施形態の無線通信システム１Ａは、上述の図１に示す第１の実施形態の無線通信システム１において、ＤＡＮを構成するＤＡＮノード２０（２０−１〜２０−１２）が、ＤＡＮノード２０Ａ（２０Ａ−１〜２０Ａ−１２）に置き換わっただけであるため、その他の構成についての詳しい説明は省略する。

図５は、ＤＡＮノード２０Ａの機能的構成について示したブロック図である。

ＤＡＮノード２０Ａは、ＤＡＮネットワーク管理部２１、ＤＡＮ送受信部２２、ＷＡＮ送受信部２３、鍵情報保持部２４、転送判定部２５を有している。

ＤＡＮネットワーク管理部２１、ＤＡＮ送受信部２２、ＷＡＮ送受信部２３については、第１の実施形態のものとほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。

転送判定部２５は、ＷＡＮ送受信部２３とＤＡＮ送受信部２２の間に配置され、ＷＡＮ送受信部２３から受信したパケットを、鍵情報保持部２４に保持された鍵情報を用いて認証し、認証に成功したパケットのみＤＡＮ送受信部２２からＤＡＮに流す。

鍵情報保持部２４は、上述のパケットの認証に利用する鍵情報を保持し、その鍵情報は転送判定部２５から参照される。

パケットに埋め込む認証情報の内容や、転送判定部２５における認証方法については、限定されないものであるが、例えば、ＣＣＭ（Ｃｏｕｎｔｅｒ ｍｏｄｅ ｗｉｔｈ ＣＢＣ-ＭＡＣ）などの既存の認証方式を適用することができる。また、鍵情報保持部２４の鍵情報の設定方法については、例えば製造時に予め記憶させておくようにしても良い。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第２の実施形態の無線通信システム１Ａの動作を説明する。

図６は、無線通信システム１Ａの動作例について示した説明図である。

以下、第２の実施形態の無線通信システム１Ａの動作について、上述の図４に示す第１の実施形態の動作との差異について説明する。

第２の実施形態のステップＳ２０１〜Ｓ２０７は、上述の図４に示す第１の実施形態のステップＳ１０１〜Ｓ１０７動作とほぼ同様であるが、ステップＳ２０６の処理（図４のステップＳ１０６に相当）で、ＤＡＮノード２０Ａ−１１においてＷＡＮノード３０から受信したパケットの認証処理が加わる点で異なっている。

第１の実施形態のステップＳ１０６では、ＷＡＮノード３０−４からシンクノード１０に向けて送信したパケットを、ＤＡＮノード２０−７が受信した際、そのままＤＡＮ内のＤＡＮノード２０−８に転送していた。

一方、第２の実施形態のステップＳ２０６では、ＤＡＮノード２０Ａ−７がＤＡＮノード２０Ａ−８に、ＷＡＮノード３０−４から受信したパケットを転送する場合には、そのパケットを、転送判定部２５が鍵情報保持部２４に記憶されている鍵情報を利用して認証処理を行う。そして、ＤＡＮノード２０Ａ−７は、この認証に成功した場合には、そのパケットをＤＡＮノード２０Ａ−８に転送するが、失敗した場合は転送せず、そのまま棄却や廃棄等行う。

なお、ＤＡＮノード２０Ａは、ＷＡＮノード３０から直接受信したパケットだけでなく、ＤＡＮ内のパケット（他のＤＡＮノード２０Ａから受信したパケット）を転送する際にも、同様に認証処理を行うようにしても良い。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、以下のような効果を奏することができる。

ＷＡＮから送信されたパケット認証を、ＤＡＮノード２０にさせることにより、無意味なパケットを大量に送りつけて、そのメッセージ認証計算処理によってシンクノード１０の計算リソースを占有しようとする攻撃に対しても、ＤＡＮの一部のノードが被害を受けるだけで、シンクノード１０への直接的な被害を免れることができる。

（Ｃ）第３の実施形態
以下、本発明による無線通信システム及びノードの第３の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。なお、以下においては、本発明に係る第１のノードをシンクノードに適用し、本発明に係る第２のノードをＤＡＮノードに適用した例について説明している。

（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
第３の実施形態の無線通信システム１Ｂは、第２の実施形態の無線通信システム１Ａにおいて、ＤＡＮを構成するＤＡＮノード２０Ａ（２０Ａ−１〜２０Ａ−１２）が、ＤＡＮノード２０Ｂ（２０Ｂ−１〜２０Ｂ−１２）に置き換わり、シンクノード１０Ａがシンクノード１０Ｂに置き換わっただけであるため、その他の構成についての詳しい説明は省略する。

第１、第２の実施形態の無線通信システム１（１Ａ）では、シンクノード１０（１０Ａ）が、ＷＡＮノード３０へパケット送信する際には直接送信する構成について説明したが、第３の実施形態では、シンクノード１０Ｂは、いずれかのＷＡＮノード３０へパケット送信を行う際には、ＤＡＮを介して行う。

以下、第３の実施形態について、第２の実施形態との差異について説明する。

図７は、第３の実施形態のＤＡＮノード２０Ｂの機能的構成について示したブロック図である。

ＤＡＮノード２０Ｂは、ＤＡＮネットワーク管理部２１、ＤＡＮ送受信部２２、ＷＡＮ送受信部２３、鍵情報保持部２４、転送判定部２５、受信強度測定部２６、受信強度記憶部２７を有している。シンクノード１０Ｂの受信強度測定部２６、受信強度記憶部２７以外の構成については、第２の実施形態とほぼ同様のものであるので詳しい説明を省略する。

受信強度測定部２６は、当該ＤＡＮノード２０ＢのＷＡＮ送受信部２３が、ＷＡＮノード３０から受信した電波信号の強度を測定するものであり、受信強度記憶部２７はその測定結果を記憶する。

図８は、受信強度記憶部２７に記憶する内容の例について示した説明図である。

図８に示すように、受信強度記憶部２７では、受信強度測定部２６が測定した電波信号の強度（受信強度）と、その電波の送信元のＷＡＮのノードのアドレス情報とを対応付けてペアとして受信強度参照テーブルに記憶する。

受信強度参照テーブルにおいて、「アドレス情報」は、ＷＡＮノード３０のアドレスを示しており、図８では、説明を簡易にするため、Ａ、Ｂ、…、という表記をしている。

受信強度参照テーブルにおいて、「受信強度」は、アドレス情報に対応するＷＡＮノード３０から受信した信号の強度を表しており、図８の例では、単位として［ｄＢ］を用いている。

また、ＤＡＮノード２０Ｂは、受信強度参照テーブルの内容を、シンクノード１０Ｂに定期又は不定期の所定のタイミングで送信する。ＤＡＮノード２０Ｂは、シンクノード１０Ｂからの要求に応じて、受信強度参照テーブルの内容を送信するようにしても良い。

ＤＡＮノード２０Ｂでは、ＷＡＮ送受信部２３は、ＡＣＫ以外にシンクノード１０ＢからＷＡＮに向けて送信するパケットも送信する。また転送判定部２５は、ＤＡＮ送受信部２２からＷＡＮ送受信部２３に与えるパケットについても認証する。

図９は、第３の実施形態のシンクノード１０Ｂの機能的構成について示したブロック図である。

シンクノード１０Ｂは、ＤＡＮネットワーク管理部１１、ＤＡＮ送受信部１２、ＷＡＮネットワーク管理部１４、送信アンテナノード選択部１５、受信強度記憶部１６を有している。ＤＡＮノード２０Ｂにおいて、送信アンテナノード選択部１５、受信強度記憶部１６以外の構成については、第２の実施形態とほぼ同様であるので、詳しい説明は省略する。

受信強度記憶部１６は、ＤＡＮを構成する各ＤＡＮノード２０Ｂから収集した受信強度参照テーブルの内容をまとめて管理するテーブル（以下、「収集情報参照テーブル」という）を記憶している。

図１０は、受信強度記憶部１６に記憶される収集情報テーブルの内容例について示した説明図である。

図１０に示すように、収集情報テーブルは、ＷＡＮ内のＷＡＮノード３０の１ホップネイバノードについて、どのＤＡＮノード２０Ｂが最も強く信号を受けているかを記憶しており、この受信強度が強いほど通信状態はよいと判断される。

「アドレス情報」の項目は、上述の図８と同様のものである。

「受信強度」の項目は、ＤＡＮノード２０Ｂごとの、受信強度の情報が入力されている。図１０において、「ｄ１、ｄ２、…」は、ＤＡＮノード２０Ｂの識別情報（例えば、アドレス情報等）を示すものである。なお、ここでは、ＤＡＮノード２０Ｂ−１〜２０Ｂ−１２の識別情報は、それぞれｄ１〜ｄ１２であるものとする。

送信アンテナノード選択部１５は、ＤＡＮネットワーク管理部１１から指定されるＷＡＮ内の１ホップ目の送信先ＷＡＮノード３０のアドレスを取得し、受信強度記憶部１６から収集情報テーブルを参照して、最も電波強度の強いＤＡＮノード２０Ｂを特定する。そして特定した該ＤＡＮノード２０Ｂをあて先とするようＤＡＮネットワーク管理部１１に指定する。

図１１は、シンクノード１０Ｂ内部を流れるパケットの形式例について示した説明図である。

図１１（ａ）は、ＷＡＮネットワーク管理部１４からＤＡＮネットワーク管理部１１に与えられるフレームデータの形式について示した説明図である。そして、図１１（ｂ）は、ＤＡＮネットワーク管理部１１から、ＤＡＮ送受信部１２に与えられるフレームデータの形式について示したについて示した説明図である。

シンクノード１０Ｂでは、任意のＷＡＮノード３０に対するパケット送信が決定されると、ＷＡＮネットワーク管理部１４から、ＤＡＮネットワーク管理部１１に、ペイロードＰ１にＷＡＮ用のヘッダＨＷを付加したフレームデータ（図１１（ａ）参照）が与えられる。

そして、ＤＡＮネットワーク管理部１１は、ＷＡＮネットワーク管理部１４からフレームデータ（図１１（ａ）参照）が与えられると、それをＤＡＮネットワーク層のペイロードＰ２とする。そして、ＤＡＮネットワーク管理部１１は、ＤＡＮネットワーク用のヘッダＨＤを生成して、ペイロードＰ２に付加したフレームデータ（図１１（ｂ）参照）を生成して、ＤＡＮ送受信部１２に与える。その場合のヘッダＨＤで指定するＤＡＮノード２０Ｂは、送信アンテナノード選択部１５により選択されたものとなる。

また、シンクノード１０Ｂは、最初に送信アンテナノード選択部１５が指定したＤＡＮノード２０Ｂへ、パケット送信を行っても、何らかの障害によって到達できなかった場合は、２番目に受信強度が高いＤＡＮノード２０Ｂに向けたパケットを再度生成して、送信しなおすなど、送信が成功するまで、受信強度の順番に応じたＤＡＮノード２０Ｂの選択を繰り返すようにしても良い。なお、パケットの再送信の回数には上限を設けるようにしても良い。

（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第３の実施形態の無線通信システム１Ｂの動作を説明する。

図１２は、第３の実施形態の無線通信システム１Ｂの動作について示した説明図である。

まず、シンクノード１０Ｂは、ＷＡＮノード３０−１に向けて、あるパケットをジャミング環境下で送信しようとしているものとする。

図１２では、上述の図４と同様に、ある時刻からジャミングノードＪが、ある出力レベルで無意味なパケットをブロードキャストし始め、領域Ａ１内（領域Ａ２も含む）では、ジャミングノードＪの電波により、各ノードが通信に影響を受けているものとする。

また、各ＤＡＮノード２０Ｂは、受信強度測定部２６により、各ＷＡＮノード３０から受信した信号の強度を測定し、受信強度記憶部２７の受信強度参照テーブルの内容を更新している。そして、各ＤＡＮノード２０Ｂは、受信強度参照テーブルの内容を、所定のタイミングでシンクノード１０Ｂに送信している。そして、シンクノード１０Ｂは、ＤＡＮノード２０Ｂから通知された情報に基づいて、収集情報テーブルの内容を更新しているものとする。

次に、シンクノード１０Ｂにおいて、ＷＡＮノード３０−１に向けてパケット送信を行うと決定された後、パケットを送出するまでの処理について説明する。

図１３は、シンクノード１０Ｂの動作について説明したフローチャートである。

まず、シンクノード１０Ｂでは、ＷＡＮネットワーク管理部１４で、所定のルーティング処理により、ＷＡＮノード３０−１へパケット送信をするためには、最初の転送先として、ＷＡＮノード３０−５（アドレスがＡであるものとする）へパケット送信する必要があると判定されたものとする（Ｓ４０１）。そして、ＷＡＮネットワーク管理部１４は、Ａというアドレス情報を、送信アンテナノード選択部１５に入力すると共に、送信するフレームデータ（上述の図１１（ａ）参照）を、ＤＡＮネットワーク管理部１１に与える。

一方、送信アンテナノード選択部１５は、受信強度記憶部１６に記憶された収集情報テーブルを参照してＷＡＮノード３０−２（アドレス：Ａ）の受信強度が最も高いＤＡＮノード２０Ｂは、ＤＡＮノード２０Ｂ−１であるということを特定したものとする（Ｓ４０２）。

そして、ＤＡＮネットワーク管理部は、ＷＡＮネットワーク管理部１４から受け取ったフレームデータを、ＤＡＮのネットワーク層のペイロードとし、ＤＡＮノード２０Ｂ−１をＤＡＮ内のあて先としたＤＡＮのネットワークヘッダを作成して付加したフレームデータ（上述の図１１（ｂ）参照）を作成する（Ｓ４０３）。

そして、ＤＡＮネットワーク管理部１１は、所定のルーティング処理により、ＤＡＮ内の第１の転送先としてＤＡＮノード２０Ｂ−２を特定し（Ｓ４０４）、上述のステップＳ４０３で作成したフレームデータをＤＡＮ送受信部１２に与える。

そして、ＤＡＮ送受信部１２は与えられたフレームデータにデータリンク層ヘッダを追加して送信パケットを生成し、ＤＡＮノード２０Ｂ−２に送出する（Ｓ４０５、Ｓ３０１）。

そして、ＤＡＮノード２０Ｂ−２は、ＤＡＮノード２０Ｂ−１からパケットを受取ると、予め共有している鍵を鍵情報保持部２４から取得して認証し、成功した後、ＤＡＮ送受信部２２からＤＡＮノード２０Ｂ−１に宛てて送信する（Ｓ３０２）。

ＤＡＮノード２０Ｂ−１は、ＤＡＮノード２０Ｂ−２からパケットを受信すると、同様に認証処理を行い、認証が成功したものとする。そして、ＤＡＮノード２０Ｂ−１は、ＤＡＮのネットワークペイロードのデータから、当該パケットのＷＡＮにおける最初の転送先が、アドレスＡのノード（ＷＡＮノード３０−５）であることを読み取って、ＷＡＮ送受信部２３から、ＷＡＮノード３０−５にパケットを送信する（Ｓ３０３）。

そして、ＷＡＮノード３０−５は、ＤＡＮノード２０Ｂ−２から受信したパケットを、ＷＡＮノード３０−１に転送する（Ｓ３０４）。なお、図１２においては、ジャミング電波の影響があっても、ＤＡＮノード２０Ｂ−２とＷＡＮノード３０−１との間の信号の受信強度は、ジャミング電波の受信レベルよりも十分強くなり、通信は可能であるものとする。

（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
第３の実施形態によれば、第２の実施形態の効果に加えて、以下のような効果を奏することができる。

無線通信システム１Ｂでは、シンクノード１０Ｂは、ＤＡＮを経由して、ＷＡＮノード３０へパケット送信している。したがって、無線通信システム１Ｂでは、周辺でジャミング電波が発生した場合でも、ＤＡＮを経由してパケット送信することにより、ＷＡＮノード３０へのパケット送信の成功率を向上させることができる。

また、シンクノード１０Ｂでは、ＤＡＮノード２０Ｂから受信強度参照テーブルの情報を収集した収集情報テーブルに基づいて、ＷＡＮノード３０にパケット送信する際に経由するＤＡＮノード２０Ｂを決定することにより、さらにパケット送信の成功率を向上させることができる。

（Ｄ）他の実施形態
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。

（Ｄ−１）上記の各実施形態では、ＷＡＮに属するノードのうち、シンクノード以外は、ＤＡＮ（１又は複数のＤＡＮノード）を備えていないものとして説明したが、他のＷＡＮノードも同様にＤＡＮを備える構成とするようにしても良い。

（Ｄ−２）第３の実施形態では、ＤＡＮノード２０Ｂにパケット転送の認証を行う構成（鍵情報保持部２４、転送判定部２５）を備えているが、省略するようにしても良い。

（Ｄ−３）第３の実施形態では、シンクノード１０Ｂは、ＷＡＮ送信部を備えない構成として説明したが、第１、第２の実施形態と同様に、ＷＡＮ送信部を備えるようにしてもよい。

その場合、シンクノード１０Ｂは、最初の転送先のＷＡＮノード３０へ、直接パケット送信可能であれば、ＤＡＮを介さずにパケット送信するようにしても良い。これにより、シンクノード１０Ｂは、例えば、ジャミング電波等により、最初の転送先のＷＡＮノード３０へ直接パケット送信できない場合にのみ、ＤＡＮを経由してパケット送信を行うことになるので、通常時のデータ送信に係る処理量やトラヒック量を低減させることができる。

（Ｄ−４）上記の各実施形態においては、無線通信システムにおけるノード間の通信を妨害するものとして、悪意のある者により配置されたジャミングノードを例として挙げたが、単にノイズ電波を発生するノイズ源に置き換えても良いことは当然である。

１…無線通信システム、１０…シンクノード、１１…ＤＡＮネットワーク管理部、１２…ＤＡＮ送受信部、１３…ＷＡＮ送信部、１４…ＷＡＮネットワーク管理部、２０、２０−１〜２０−１２…ＤＡＮノード、２１…ＤＡＮネットワーク管理部、２２…ＤＡＮ送受信部、２３…ＷＡＮ送受信部、３０、３０−１〜３０−７…ＷＡＮノード、Ｊ…ジャミングノード。

Claims (7)

1. 第１のネットワークに属して無線通信を行う第１のノードを備える無線通信システムにおいて、
   第２のネットワークに属し、上記第１のノードの周辺に配置された、１又は複数の無線通信を行う第２のノードをさらに備え、
   それぞれの上記第２のノードは、
   上記第１のネットワークで、上記第１のノードを宛先とするパケットを収集する収集手段と、
   上記収集手段が収集した収集パケットの一部又は全部のデータを、上記第２のネットワークを経由して、上記第１のノードに向けて転送する転送手段とを有し、
   上記第１のノードは、
   上記第１のネットワークで、当該ノードを宛先とするパケットを、上記第２のネットワークを経由して受信する受信手段を有する
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 上記第２のノードは、
   収集パケットの内容に基づいて、そのパケットの認証処理を行う認証手段をさらに有し
   上記転送手段は、上記認証手段において認証が成功した収集パケットのみ上記第１のノードに向けて転送する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 上記第２のノードは、
   上記第１のノードに属する上記第１のノード以外のノードから送信された信号を受信すると、その信号の受信強度を測定する受信強度測定手段と、
   上記受信強度測定手段が測定した内容を含む受信強度情報を、上記第１のノードに与える受信強度情報送信手段とをさらに備え、
   上記第１のノードは、
   それぞれの上記第２のノードから受信強度情報を収集する受信強度情報収集手段と、
   上記第１のネットワークに属する送信先のノードへパケット送信する際に、上記第２のネットワーク内で経由する第１の経由ノードを、上記受信強度情報収集手段が収集した収集情報に基づいて選択する選択手段と、
   上記送信先のノードを宛先とするパケットを、上記選択手段が選択した上記第１の経由ノードを経由して送信する送信手段とをさらに有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
4. 上記第１のノードは、
   上記送信先のノードを宛先とするパケット送信を行う際に、必要に応じて、上記第１のネットワーク内で、最初に経由する第２の経由ノードを決定する経由ノード決定手段をさらに有し、
   上記選択手段は、上記収集情報に基づいて、上記送信先のノード若しくは上記第２の経由ノードに係る受信強度が、最も強い上記第２のノードを、上記第１の経由ノードに選択する
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
5. 上記選択手段は、上記第１の経由ノードへのパケット送信を上記送信手段が失敗した場合には、上記収集情報に基づいて、他の上記第２のノードを、上記第１の経由ノードとして選択しなおすことを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
6. 第１のネットワークに属する、無線通信を行うノードにおいて、
   当該ノードの周辺には、第２のネットワークに属する１又は複数の第２のノードが配置されており、
   上記第１のネットワークで、当該ノードを宛先とするパケットを、上記第２のネットワークを経由して受信する受信手段を有する
   ことを特徴とするノード。
7. 第１のネットワークに属する第１のノードの周辺に配置された第２のネットワークに属する、無線通信を行うノードであって、
   上記第１のネットワークで、上記第１のノードを宛先とするパケットを収集する収集手段と、
   上記収集手段が収集した収集パケットの一部又は全部のデータを、上記第２のネットワークを経由して、上記第１のノードに向けて転送する転送手段とを有する
   ことを特徴とするノード。

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